30代技術士の成長記録

令和元年度技術士二次試験に合格した30代技術士(機械部門)の成長記録です

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3Dプリンタの可能性について技術士目線で考える

 最近は3Dプリンタも企業向けだけでなく、個人向けのラインナップも多数揃ってきました。私も過去に購入し、今も趣味に活用しております。

 

 そこで、3Dプリンタを活用して今後どのように生活が変わるのか、3Dプリンタの可能性について記事にしたいと思います。技術士の目線で記事にしますので、二次試験のキーワード学習に役立つと思います。是非ご一読ください。

 

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1.3Dプリンタとは?

 まずわからない方向けに3Dプリンタについて説明します。簡単に言うと、機械加工を用いずに3DCADなどでデジタル化された形状をアウトプットする技術です。種類によってアウトプット方式は異なりますが、卓上によくあるのは熱溶解積層方式と呼ばれ、1番安価な価格帯になります。私の所有している3Dプリンタも熱溶解積層方式になります。

 

2.アウトプット方式の種類と解説

・光造形方式(SLA方式)

・粉末焼結積層方式(SLS方式)

・インクジェット方式

・熱溶解積層方式(FDM方式)

etc

 

光造形方式(SLA方式)

 光硬化タイプの液体樹脂(主にレジン)に対し、紫外線をあてて、一層ごとに液体樹脂を硬化させながら立体形状を造形します。もっとも古い3Dプリンターとされています。

粉末焼結積層方式(SLS方式)

 高出力のレーザー光線を直接粉末状の樹脂(ナイロン)に照射して焼結させます。アルミニウム合金やステンレスといった金属材料を使用したDirect Metal Printing(DMP)方式はアディティブマニュファクチャリングにおいて重要な位置づけになります。

インクジェット方式

 インクジェットプリンタのインク部分を紫外線硬化性樹脂の樹脂に置き換え、積層していく造形方式になります。紫外線を用いることで硬化時間を短縮することができるため、造形時間が短く済みます。また、インクジェットノズルから微量な材料を噴出させるため、高精細な部品の製作が可能です。

熱溶解積層方式(FDM方式)

 ABS樹脂やポリ乳酸(以下PLA)といった熱可塑性樹脂を融解させ、ノズルの先端から樹脂を吹き出し造形する方式です。PLAは安価な材料であること、バイオプラスチック(バイオマスプラスチック)に属するため、環境にやさしい資源であることから私自身注目しています。SDGsにおける目標の一つに『海洋資源を守る』という項目があります。マイクロプラスチック問題を解決する方策がPLAつまりバイオプラスチックなのです。

  

3.3Dプリンタのメリット

 以下が挙げられます。

 ・ラティス構造など金属の除去加工では不可能な形状も製作可能

 ・トポロジー最適化との相性◎。

 ・ 3Dスキャナと合わせて使用すれば、リバースエンジニアリングが可能。

 ・試作に用いることで、開発リードタイムの短縮が出来る(ラピッドプロトタ

イピング)。

 ・除去加工を行わない場合、材料の歩留まりが高くなる。

 ・必要な時にすぐアウトプットできるため、余剰在庫が必要なくなり、管理工数の削減、廃棄コストの削減などが見込める。

 ・家庭でのものづくり(DIY)が普及する。ものづくりに関する関心が高まる。

 

4.3Dプリンタのデメリット

 以下が挙げられます。

 ・成形に時間ががかるため、量産が難しい。

 ・工作機械と比べた場合、精度が低い。

 ・設計には3Dモデリング知識が必要。

 

5.3Dプリンタの可能性と上手な付き合い方

 以上から、3Dプリンタを利用することで、社会におけるリソース不足などの問題解決につながります。リードタイム短縮の解決策として有効であり、効率改善として使えば働き方改革の一助にもなるでしょう。また、個人として利用するならば、関心のある技術・機構を業務外で自由に探求することも可能であり、技術力の底上げにもなるかと思います。子供がいれば、ものづくりに対し興味を抱かせることができるかもしれません。将来優秀な技術者が増えることに繋がると考えており、3Dプリンタが一家に1台は当たり前の環境になればいいなと個人的には思います。

 しかし、使用にあたっては注意が必要です。安価なものに関しては安全対策が不十分である場合もあります。私の場合、不用意にノズルに触れて火傷した経験があります。使用する際は、可能な限り起こり得るけがの程度や確率を予測(リスクアセスメント)を行い、リスク対策を十分に行いましょう

 また、3Dプリンタは求められている場面で使ってこそ真価を発揮します。メリットを十分受けれるよう、最新の知識や将来展望を常に把握すると良いでしょう。工作機械展などに行くと情報を得やすいです。量産に向かないとありましたが、技術の進歩により解消される仕組みが生まれる可能性もあります。

 

6.3Dプリンタ紹介

 最後に私の所有している3Dプリンタを紹介します。熱溶解積層方式の自作プリンタです。材料やシート材は別売りです。

※もう販売されてないようなので、有名どころを紹介します(2020年10月10日)